CN112694350A - 一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，包括以下步骤：S1、收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；S2、将上述步骤得到的固体废弃物加入适量溶剂中，并向其中加入适量无机盐搅拌均匀得混合溶液；S3、对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤数次，干燥制得生物炭基肥。本发明提供的制备生物炭基肥的方法，以废弃物为原料，通过湿法热解技术制备生物炭基肥。该生物炭基肥可以有效保持土壤水分、增加微生物活性、锁住土壤中养分、促进植物生长、建立持久肥效。
Description
技术领域
本发明涉及生物炭基肥制备领域，具体涉及一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法。
背景技术
炭基肥，是一种以生物质炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或/和无机质配制而成的生态环保型肥料。炭基肥可以增加土壤中炭基-有机质的含量，快速改造土壤结构，平衡盐与水分，通过快速熟化创造有利于植物健康生长的土壤环境，从而增加土壤肥力，促进作物生长。炭基肥的作用主要来源于生物质炭的作用，生物质炭的作用包括但不局限于：1、保持土壤水分；2、增加微生物活性；3、锁住土壤中养分；4、促进植物生长；5、建立持久的肥效。炭基肥已经开始在市场上大量流通，炭基肥的田间试验效果得到许多种植户的验证，在改良土壤以及提高作物品质上效果显著。目前市面上炭基肥产品主要有：生物炭基肥等产品。生物炭基肥是由生物炭基质与无机肥或有机肥利用不同工艺混/复合制备而成，生物炭基质独特的结构特性决定其特殊的作用。生物炭基质与有机养分、无机养分、有益微生物的融合构成了生物炭基肥。
研究发现，烟草生长过程中普遍存在的问题是烟叶缺钾，钾与烟叶的外观质量、燃烧性以及烟碱含量等密切相关。而利用再造梗丝废弃物制备的生物炭基质具有富钾的特点。
同时再造梗丝生产过程中会产生大量的废水，这些废水处理较为困难，传统的废水处理方法是将废水经过净化处理后直接排放到室外，会耗费大量的人力和物力。
又由于传统方法制备生物炭的过程的实质是对有机物进行高温热解的过程，因此在这一过程中不可避免会产生多环芳烃等有机污染物。研究表明，在燃烧残留物和气体中均含有多环芳烃，其多环芳烃排放参数分别为5.26、1.37和1.74mg/kg，表明秸秆燃烧中会产生大量的多环芳烃，在高施用量的条件下，生物炭中含有的多环芳烃容易使土壤中多环芳烃含量达到中度或重度污染的程度，除此之外，肥料中常常存在有抗生素、邻苯二甲酸酯等有机污染物，这些污染物在环境中往往含量低、难降解，属持久性有机污染物，施入土壤后，会给农产品带来安全隐患。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，将再造梗丝生产过程中产生的废水进行初次蒸馏得到大量固体废弃物。以废弃物为原料，通过湿法热解技术制备生物炭基肥。该生物炭基肥可以有效保持土壤水分、增加微生物活性、锁住土壤中养分、促进植物生长、建立持久肥效。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
S2、将上述步骤得到的固体废弃物加入适量溶剂中，并向其中加入适量无机盐搅拌均匀得混合溶液；
S3、对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤，干燥制得生物炭基肥。
进一步的，所述步骤S2中搅拌的时间为1-1.5h，搅拌的温度为20-25℃。
进一步的，所述步骤S2中溶剂为磷酸。
进一步的，所述步骤S2中无机盐与固体废弃物的质量比为0.01：1。
进一步的，所述步骤S2中无机盐包括硫酸铜、硫酸锰、硫酸锌中的一种或几种。
进一步的，所述步骤S3中湿法热解的温度为160-220℃。
进一步的，所述步骤S3中湿法热解的时间为2-6h。
进一步的，所述步骤S3中湿法热解的升温速率为10-20℃/h。
进一步的，所述步骤S3中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
进一步的，所述步骤S3中用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3-5次。
本发明制备方法中，将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物，经检测这些固体废弃物具有富钾的特点，主要是木质素、半纤维素、纤维素、多糖和一些杂质（灰尘、头发等）。其中还含有很多有益元素，如氨基酸、蛋白质、烟碱等化合物，可为烟草生长提供所需的矿质元素、营养成分、微量元素等。因此，利用再造梗丝废弃物来制备生物炭基质，不仅可以有效解决传统废水的处理问题，还可以循环使用梗丝废弃物，符合绿色环保的发展理念。
本发明的制备方法中，湿法热解是通过利用溶剂（磷酸）介质催化固体废弃物中的木质素、纤维素的分解断键，使其能够在200℃左右的条件下碳化制得生物炭基质，与传统的制备方法相比大大降低了反应能耗、简化了生产工艺。同时，低温制备还可提高生物炭基质的产量。
本发明采用湿法热解技术是在液相反应条件下进行，无需干燥处理以及高压、高温设备，使得湿法热解生物炭基肥的制备成本远低于传统生物炭基肥，同时还可以避免高温热解带来的环境污染和安全隐患。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，该方法制备的生物炭基肥可以保持土壤水分、增加微生物活性、锁住土壤中养分、促进植物生长、建立持久肥效。
2.本发明提供的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其中湿法热解是通过利用溶剂介质催化固体废弃物中的木质素、纤维素的分解断键，使其能够在200℃左右的条件下碳化制得生物炭基质，与传统的制备方法相比大大降低了反应能耗、简化了生产工艺。同时，低温制备还可提高生物炭基质的产量。同时还可以避免高温热解带来的环境污染和安全隐患。
3.本发明提供的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，将再造梗丝生产过程中产生的废水作为原料制备生物炭基肥，对于废水的净化处理具有极大的帮助，对于环境保护具有重要的意义。将废弃物重新再利用，既能减少对环境的污染，同时还能降低制备成本，符合环境友好发展的理念。
附图说明
图1是本发明实施例中一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式，本发明并不限制于该实施例。
举例来说，现有技术中，再造梗丝的过程具体如下：
1，空白梗丝的制备：将预处理后的烟梗依次经切丝、提取、固液分离和烘干工序，制得质量均匀的空白梗丝；
2，将混合型烟草原料依次进行提取、固液分离、提取液浓缩，制得回填原液；
3，在所述回填原液中添加功能性补香料液，制得回填液；
4，将所述回填液均匀喷涂在所述空白梗丝上，充分搅拌混合，再经烘干，制得混合型再造梗丝成品。
收集上述步骤1和4中产生的大量废水，将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物，经检测这些固体废弃物具有富钾的特点，主要是木质素、半纤维素、纤维素、多糖和一些杂质（灰尘、头发等）。其中还含有很多有益元素，如氨基酸、蛋白质、烟碱等化合物，可为烟草生长提供所需的矿质元素、营养成分、微量元素等。因此废水可以作为原料来制备生物炭基肥。
本发明具体实施例如下：
实施例1
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1h，搅拌的温度为25℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为160℃，时间为6h，升温速率为10℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
实施例2
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1h，搅拌的温度为25℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为180℃，时间为4h，升温速率为15℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
实施例3
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1h，搅拌的温度为25℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为200℃，时间为2h，升温速率为20℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
实施例4
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1h，搅拌的温度为25℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为220℃，时间为2h，升温速率为20℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
对实施例1-4制备的生物炭基肥进行成分检测，如表1所示
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 总养分（N+P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>+K<sub>2</sub>O）质量分数% | 25 | 27 | 29 | 31 |
| 水分（H<sub>2</sub>O）质量分数% | 4.0 | 3.8 | 3.6 | 3.4 |
| 微量元素质量分数% | 0.007 | 0.007 | 0.008 | 0.009 |
表1-实施例1-4生物炭基肥含量测定结果
实施例5
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1.5h，搅拌的温度为20℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为160℃，时间为6h，升温速率为10℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
实施例6
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1.5h，搅拌的温度为20℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为180℃，时间为4h，升温速率为15℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
实施例7
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1.5h，搅拌的温度为20℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为200℃，时间为2h，升温速率为20℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
实施例8
收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
取50g蒸馏得到的固体废弃物加入1L磷酸中，使得固体废弃物全部溶解，并向其中加入0.005g无机盐搅拌均匀得混合溶液，搅拌的时间为1.5h，搅拌的温度为20℃，无机盐具体为物质的量比为硫酸铜1：硫酸锰1：硫酸锌2的混合物；
对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，湿法热解的温度为220℃，时间为2h，升温速率为20℃/h，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3次，干燥制得生物炭基肥，其中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
对实施例5-8制备的生物炭基肥进行成分检测，如表2所示
| 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
| 总养分（N+P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>+K<sub>2</sub>O）质量分数% | 25 | 27 | 29 | 31 |
| 水分（H<sub>2</sub>O）质量分数% | 4.0 | 3.8 | 3.6 | 3.4 |
| 微量元素质量分数% | 0.005 | 0.006 | 0.006 | 0.007 |
表2-实施例5-8生物炭基肥含量测定结果
由表1和表2可知，在发明实施例1-8中不同的湿法热解的条件下，均可制得相应的生物炭基肥，且制得的生物炭基肥符合行业内标准。利用溶剂磷酸作为介质催化木质素、纤维素的分解断键，使其能够在低于 200℃的条件下碳化制得生物炭基质。其中，硫酸铜、硫酸锰和硫酸锌的加入，可以给生物炭基肥引入铜、锰、锌等微量元素，进一步提高生物炭基肥的营养价值。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集再造梗丝生产过程中产生的废水，然后将收集到的废水进行蒸馏得固体废弃物；
S2、将上述步骤得到的固体废弃物加入适量溶剂中，并向其中加入无机盐搅拌均匀得混合溶液；
S3、对上述步骤制备的混合溶液进行湿法热解，使得溶液内的固体废弃物加热炭化得到生物炭基质，炭化完成后自然冷却，然后用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤，干燥制得生物炭基肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S2中搅拌的时间为1-1.5h，搅拌的温度为20-25℃。
3.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S2中溶剂为磷酸。
4.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S2中无机盐与固体废弃物的质量比为0.01：1。
5.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S2中无机盐包括硫酸铜、硫酸锰、硫酸锌中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S3中湿法热解的温度为160-220℃。
7.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S3中湿法热解的时间为2-6h。
8.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S3中湿法热解的升温速率为10-20℃/h。
9.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S3中乙醇与超纯水的质量比为1:2。
10.根据权利要求1所述的一种利用再造梗丝废弃物制备生物炭基肥的方法，其特征在于，所述步骤S3中用超纯水与乙醇的混合溶液洗涤3-5次。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210423 |
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